Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інструкція до лабораторної роботи № 6
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Управління інформацією
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2011
Тип роботи:
Інструкція до лабораторної роботи
Предмет:
Схемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
МОДЕЛЮВАННЯ ХАРАКТЕРИСТИК І ВИЗНАЧЕННЯ
ПАРАМЕТРІВ ПОЛЬОВОГО ТРАНЗИСТОРА
Інструкція до лабораторної роботи № 6
з навчальної дисципліни: “Схемотехніка пристроїв технічного захисту інформації”, ч.1
для студентів базових напрямків
6.170102 “Системи технічного захисту інформації”,
6.170103 “Управління інформаційною безпекою”
Затверджено
на засіданні кафедри
(Захист інформації(
Протокол № від 2011 р.
Львів – 2011
Моделювання характеристик і визначення параметрів польового транзистора: Інструкція до лабораторної роботи №6 з дисципліни: “Схемотехніка пристроїв технічного захисту інформації”, ч.1 / Укл.: Кеньо Г.В. ( Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2011. ( 12 с.
Укладач Кеньо Г.В., к. т. н., доц.
Відповідальний за випуск Дудикевич В.Б., д.т. н., проф.
Рецензенти:
МЕТА РОБОТИ
Ознайомитися з особливостями роботи польового транзистора, промоделювати стокові та стоково-затворні характеристики, визначити параметри польового транзистора.
ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП
Польові транзистори (канальні або уніполярні) – це транзистори, в яких керування струмом відбувається шляхом зміни електропровідності каналу з допомогою електричного поля, яке направлене перпендикулярно до напрямку протікання струму. Вперше були винайдені в 1952 р. американським фізиком У. Шоклі. Головною перевагою польових транзисторів є високий вхідний опір, значення якого може навіть перевищувати вхідний опір електронних ламп.
Польовий транзистор (канальний, або уніполярний транзистор) має три напівпровідникові ділянки одного і того ж типу провідності, які називають витоком („В”), стоком („С”) і каналом, а також керувальний електрод – затвор („З”). У польовому транзисторі використовується рух носіїв заряду тільки одного знаку (основних носіїв), які з витоку через канал рухаються до стоку. Електричне поле, яке виникає за наявності напруги між затвором і стоком, змінює електропровідність каналу, а, отже, і струм через канал. Це керувальне електричне поле спрямоване перпендикулярно до руху носіїв у каналі, тобто є поперечним. Воно формується і змінюється малопотужними інформаційними сигналами. Носії в каналі рухаються від витоку до стоку під дією поздовжнього електричного поля, яке створюється між витоком та стоком при під’єднанні джерела живлення.
Всі польові транзистори за своїми конструктивними особливостями поділяються на дві групи:
з керувальними переходами;
з ізольованим затвором (МДН- або МОН-транзистори), які, своєю чергою, поділяються на транзистори з індукованим або вбудованим каналом.
Польові транзистори розрізняють також за типом провідності каналу: транзистори з р-каналом та транзистори з n-каналом.
Умовні позначення польових транзисторів подані на рис.1.
а б в г д е
Рис.1. Умовні позначення польових транзисторів:
І – з керувальним р-n–переходом і каналом р-типу (а), каналом п-типу (б);
ІІ – з ізольованим затвором та індукованим каналом р-типу (в), п-типу (г);
ІІІ –з ізольованим затвором та вбудованим каналом р-типу (д), п-типу (е).
Характерним для всіх польових транзисторів є дуже малий струм у колі затвора, оскільки затвор або утворює з каналом випрямний перехід, увімкнений у зворотному напрямку, або є ізольованим від каналу тонким шаром діелектрика. Затвор в електронних схемах зазвичай є вхідним електродом, тому польові транзистори мають великий вхідний опір, що зумовлює керування таким приладом не струмом (як у біполярних транзисторах), а напругою.
Польовий транзистор з керувальним переходом – це польовий транзистор, у якому керування потоком основних носіїв заряду здійснюється за допомогою випрямного електричного переходу, зміщеного у зворотному напрямку.
На рис.2 схематично зображено конструкцію польового транзистора з двома р-n-переходами і схему його вмикання.
Рис.2. Схематичне зображення конструкції польового транзистора з двома р-n-переходами і каналом п-типу, та схема його вмикання
Канал являє собою тонкий шар напівпровідника, обмежений з двох боків електронно-дірковими переходами. Увімкнення каналу в електричне коло забезпечується за допомогою омічних контактів (п+) електродів стоку та витоку. Це коло живиться від джерела EСВ, і в нього ввімкнене навантаження RН. Уздовж транзистора протікає початковий струм основних носіїв (електронів). Затвори З1 та З2 під’єднані до областей р-типу. Джерело живлення вхідного кола ЕЗВ створює на р-п-переходах транзистора зворотну напругу (напругу іншої полярності, тобто пряму напругу, на п-р-перехід не подають). У вхідне коло ввімкнене джерело підсилюваних коливань Uвх.
Величина струму в каналі залежить від напруги UСВ, прикладеної між стоком та витоком, опору навантаження та опору каналу. За незмінних значень UСВ та RН струм у каналі ІС (струм стоку) залежить тільки від ефективної площі поперечного перерізу каналу.
Джерело ЕЗВ створює зворотну напругу на р-п-переходах, внаслідок чого збільшується ширина р-п-переходів і зменшується переріз струмопровідного каналу. Зі зменшенням перерізу каналу збільшується опір між витоком та стоком і знижується величина струму ІС. Зі зменшенням напруги на затворах збільшується переріз каналу, зменшується його опір, і збільшується струм ІС. Якщо під’єднати послідовно з джерелом живлення ЕЗВ джерело підсилюваної змінної напруги Uвх, то можна змінювати струм через канал за законом зміни вхідної напруги. Струм стоку, протікаючи через опір навантаження RН, створює на ньому спад напруги, який змінюється за законом зміни Uвх.
Польовий транзистор має великі вхідний та вихідний опори. Тому статичні характеристики досліджуються як залежності від напруг. Вхідна характеристика із-за дуже малого струму (зворотного струму р-п-переходу) не використовується із-за відсутності інформативності. Для оцінки ПТ як активного елемента електронних схем використовують дві сім’ї статичних характеристик – характеристики керування (стік–затворні) та вихідні (стокові). На рис.3 подані статичні характеристики ПТ з керувальним р-п-переходом.
а б
Рис.3 Статичні вольт-амперні характеристики польового транзистора
з керувальним р-п-переходом: стік-затворні (а); вихідні (б)
Стік–затворні характеристики відображають залежність струму стоку від напруги на затворі за різних напруг на стоці (рис.3,а):
ІС=f(UЗВ), якщо UСВ=const. (1)
Якщо UЗВ=0, канал не перекривається, його поперечний переріз має максимальне значення, а струм стоку за наявності напруги між витоком та стоком має максимальне значення ІСmax. Зі збільшенням зворотної напруги на переходах (UЗВ) області просторового заряду переходів розширюються, зменшуючи переріз каналу, і струм стоку зменшується. За напруги відсікання UЗВ відс канал перекривається, струм стоку припиняється (ІС =0), витік та стік стають ізольованими один від одного.
Вихідні характеристики (рис.3,б) відображають залежність струму стоку від напруги на стоці відносно витоку за різних постійних напруг на затворі:
ІС=f(UСВ), якщо UЗВ=const. (2)
Якщо UЗВ=0, то при збільшенні додатної напруги UСВ на стоці струм ІС буде наростати. Спочатку залежність ІС=f(UСВ) буде майже лінійною (ділянка 0А). Однак, зі зростанням ІС збільшується спад напруги на каналі, збільшується зворотне зміщення для р-п-переходів (особливо поблизу стоку), що веде до звуження перерізу струмопровідного каналу і сповільнення зростання струму ІС. За деякої напруги на стоці UСВ нас (напруги насичення) поперечний переріз каналу біля стоку досягає мінімального значення (точка В). Подальше збільшення UСВ практично не викликає збільшення струму стоку, а мінімальний переріз каналу автоматично підтримується на деякому рівні. Формується полога ділянка вихідних характеристик (ділянка ВС). Діапазон напруг, якому відповідає полога ділянка ВАХ, відповідає режиму насичення. Якщо UЗВ=0, значення напруги насичення дорівнює значенню напруги відсікання UЗВ відс.
Польові транзистори характеризуються такими основними параметрами:
S ( крутизна, яка характеризує керуючі властивості затвору. Значення крутизни складає декілька міліампер на вольт (мА/В);
rвих ( вихідний опір, це опір між стоком і витком для змінного струму. Значення rвих досягає сотень кілоом;
( максимальний струм стоку при ;
Uвід. ( напруга відсічки, напруга при якій струм стоку дорівнює нулю;
Сз-в ( вхідна ємність, ємність між затвором і витоком. Складає одиниці пФ;
Сз-с ( прохідна ємність, це ємність між затвором і стоком. Переважно вона менша від вхідної ємності;
Св-с ( вихідна ємність, це ємність між витоком і стоком. Переважно має найменше значення;
Із ( струм витікання затвору.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Синтезувати схему, рис.4.а), за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Використати джерела постійної напруги Е1=20В і Е2=4В. Зняти вхідну ВАХ IС=f(UЗВ) якщо UСВ=const, вихідну ВАХ IС=f(UСВ) якщо UЗВ =const. Для транзистора J1- 2N3972.
Визначити вихідний диференціальний опір, напругу відсікання та крутизну характеристики транзистора включеного у схему рис.4.а).
Синтезувати схему, рис.4.б,), за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Використати джерела постійної напруги Е1=15В і Е2=5В. Зняти вихідну ВАХ IС=f(UСВ) якщо UЗВ =const. Для транзистора M1- IRF024.
Порівняти вихідні характеристики для різних типів транзисторів.
а) б)
Рис.4. Схеми дослідження різних видів польових транзисторів: а) включення транзистора з керувальним р-n–переходом і каналом n-типу зі спільним витоком, б) включення транзистора з ізольованим затвором та індукованим каналом п-типу зі спільним витоком.
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
Транзистори можна вибирати таким способом - вибрати у рядку інструментів Компоненты рис.5., відриється вікно у якому вибирають елементи, наприклад транзистор з керувальним р-n–переходом і каналом n-типу, і розміщають у будь-якому місці робочого вікна.
Вибрати джерело живлення можна, наприклад, таким шляхом – зайти в Компоненты і вибрати Analog Primitives. Після того як відкриється вікно вибрати джерела живлення різного призначення, наприклад Waveform Sources. В цьому розділі вибираємо джерело живлення необхідне для реалізації схеми, наприклад використовуємо джерело типу Battery.
Рис.5. Вікно вибору Компоненты .
Для побудови ВАХ вибираємо в основному меню Аналіз/Передаточные характ. по постоянному току і встановлює опції і параметри . Для побудови вхідної характеристики транзистора, включеного у схему рис.4.а), IС=f(UЗВ) якщо UСВ=const необхідно встановити параметри див.рис. 6. Вихідну характеристику IС=f(UСВ) якщо UЗВ =const можна отримати подібним способом див.рис.7.
Рис.6. Вікно аналіз/передаточные характ. по постоянному току, для побудови вхідної характеристики.
Рис.7. Вікно аналіз/передаточные характ. по постоянному току, для побудови вихідної характеристики.
Отримати ВАХ для транзистора з ізольованим затвором та індукованим каналом п-типу можна використовуючи опцію Аналіз/Передаточные характ. по постоянному току див.рис. 8.
Рис.8. Вікно аналіз/передаточные характ. по постоянному току, для побудови ВАХ складеного транзистора.
Використавши з панелі інструментів можемо отримати значення напруги у будь-якій точці графіка , в даному випадку напруга = 1.4В.
Для визначення вихідного диференціального опору на одній із стокових характеристик(див.рис.9) будують характеристичний трикутник АВС, з якого знаходять
(3)
На стоково-затворній характеристиці (рис.10) визначають значення напруги відсічки .
Для визначення крутизни характеристики на стоково-затворній характеристиці будують характеристичний трикутник АВС, з якого знаходять
(мА/В). (4)
Звіт повинен містити:
Точну назву і мету роботи.
Схему для зняття характеристик транзистора з коротким описом параметрів елементів, що входять у цю схему.
Вхідні характеристики IС=f(UЗВ) якщо UСВ=const.
Вихідні характеристики IС=f(UСВ) якщо UЗВ =const.
Розрахунок вихідного диференціального опору транзистора rвих, напруги відсікання та крутизни характеристики.
Короткі висновки по роботі.
Контрольні запитання та завдання
Розкажіть про будову та принцип дії польового транзистора з керованим n-p переходом.
Намалюйте схему включення польового транзистора з врахуванням полярності джерел живлення в колі затвору і стоку.
Яке умовне позначення польових транзисторів з керованим n-p переходом?
Чим пояснити високий вхідний опір польового транзистора порівняно з біполярними транзисторами?
Які носії зарядів (основні чи неосновні) беруть участь в утворенні струму стоку?
Зобразіть сімейство стокових характеристик польового транзистора та поясніть вплив напруги стоку та затвору на струм стоку.
Вкажіть на стоковій характеристиці її робочу область.
Намалюйте стоково-затворну характеристику польового транзистора і поясніть принцип керування струмом стоку.
Назвіть основні параметри польового транзистора і способи їх визначення за статичними характеристики.
Порівняйте властивості польового (уніполярного) транзистора з біполярним транзистором та електронною лампою (пентодом).
Розкажіть про можливості практичного застосування польових транзисторів в електронній апаратурі.
РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
Разевиг В.Г. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap 6.- М.: Горячая линия – Телеком, 2001. – 344 с., ил.
Кардашов Г.А. Виртуальная електроника. Компьютерное моделирование аналогових устройств.- М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 260 с., ил.
Бойко В.И. и др.. Схемотехника электронных систем. Аналоговые ы импульсные устройства.- СПб.: БХВ-Петербург, 2004.-496 с., ил.
Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Електроніка і мікросхемотехніка: Підручник / За ред. А.Г. Соскова - К.: Каравела, 2006. - 384 с.
Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум: Навч. посіб. / За ред. А.Г. Соскова. 2-е вид. - К.: Каравела, 2004. - 432 с.
Жеребцов И.П. Основы электроники. ( Л.: Энергоатомиздат, 1989.
Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. ( М.: Высшая школа, 1987.
Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Ч.1. Электронные устройства информационной автоматики. ( К.: Выща шк., 1989.
21.03.2013 18:03-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора